Die Entwicklung dezentraler Batteriespeicher, welche lokale Schwankungen im Netz abfedern und Stromüberschüsse speichern können, steht erst am Anfang. Bei den EKZ in Dietikon ist der erste und grösste Batteriespeicher der Schweiz und einer der grössten Europas nun bereits seit zwei Jahren in Betrieb. Die Testanlage gilt als Vorzeige- und Pionierprojekt und soll wertvolle Hinweise dazu liefern, wo die Grenzen eines solchen Systems liegen und welche Anforderungen es in Zukunft erfüllen soll.

Drei Komponenten
Die Anlage in Dietikon besteht aus drei Komponenten: dem Konverter oder Umrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und umgekehrt, der Batterie selbst sowie dem Steuerungssystem. Das System wurde in Dietikon in die vor Ort bestehende Netzinfrastruktur eingebunden. Zum Testkonzept gehören auch eine Photovoltaik-Anlage, Schnellladestationen für Elektromobile sowie ein Bürogebäude der EKZ.

Die Testergebnisse waren bisher sehr positiv, das System funktioniert im Inselbetrieb mit dem Bürogebäude und der Photovoltaik-Anlage, für Spitzenlastmanagement (Peak Shaving), für die Blindleistungsregelung und als Regelreserve für das Übertragungsnetz (Primärregelung). Als äusserst anspruchsvoll erwies sich erwartungsgemäss die Entwicklung der für die Steuerung notwendigen Rechengrundlagen, der sogenannten Regelalgorithmen. In diesem Bereich investierten die EKZ sehr viel Zeit und erreichten auch sehr grosse Fortschritte.

Wirtschaftlichkeit wird entscheidend sein
Nachdem der Pilotbetrieb gezeigt hat, dass der Speicher die technischen Anforderungen grundsätzlich erfüllt, wird sich in Zukunft vermehrt die Frage stellen, wie man die einzelnen Anwendungen am besten kombiniert, damit sich der Einsatz eines Batteriespeichers auch finanziell rechnet. Denn je vielfältiger der Speicher eingesetzt werden kann, umso wirtschaftlicher kann er betrieben werden. Sehr sorgfältig wird in diesem Zusammenhang auch der Alterungsprozess der Batterien beobachtet, weil dieser einen grossen Einfluss auf die Lebenszykluskosten eines solchen Systems hat.

Vermeidung von Netzausbauten
Eine wichtige zukünftige Einsatzmöglichkeit eines Batteriespeichers ist die Vermeidung von kostenintensiven Netzausbauten, die im Zusammenhang mit der steigenden Anzahl von dezentralen Energieerzeugern erwartet werden. Zurzeit ist die Wirtschaftlichkeit dabei jedoch in den seltensten Fällen gegeben, da die Batterien nach wie vor sehr teuer sind.

Energiewende braucht Innovation
Indem die EKZ jedoch bereits jetzt die Möglichkeiten des Batteriespeichers analysieren, testen und weiterentwickeln, bereiten sie sich auf eine Zeit vor, in der die Kosten für Batterien deutlich sinken und Netzausbauten teurer werden. ETH-Absolvent Michael Koller, Fachspezialist Speicher, hat bereits seine Masterarbeit zum EKZ Energiespeicher verfasst und gilt schweizweit als einer der wenigen Spezialisten auf diesem Gebiet: «Batteriespeicher sind faszinierend. Sie helfen, die Spitzenlasten im Verteilnetz auszugleichen. Und sie sind für den Ausbau des Netzes zum Smart Grid, dem Netz der Zukunft, ein wichtiger Bestandteil. Die Alternative wäre, das Netz konventionell auszubauen. Aber um die vom Bundesrat formulierte Energiewende zu schaffen, braucht es mehr als die traditionellen Konzepte. Es braucht Innovation.»

Steuerung stellt hohe Anforderungen
Der Einsatz eines Speichers muss aufgrund von Vorhersagen und erwarteten Lastverläufen festgelegt werden. Hängt zum Beispiel eine Photovoltaik-Anlage am System, spielt dabei auch der Einbezug der Wetterdaten eine Rolle, denn wenn ein Gewitter aufzieht, verringert sich die Stromproduktion rapide. Alle diese Elemente müssen bei der Entwicklung der für die Steuerung notwendigen Rechengrundlagen einbezogen werden. Und zwar so genau, dass das System unmittelbar eingreifen kann, sobald die Netzstabilität gefährdet ist. Wichtig ist dabei auch, dass sich das Speichersystem wirklich nur dann zuschaltet, wenn es nötig ist und seine beschränkte Kapazität nicht unnütz erschöpft.

Wichtige Hinweise auf zukünftiges Systemdesign
Als kritisch hat sich im Testbetrieb die Bereitstellung von Informationen über den Zustand des Speichers an den Betreiber und die übergeordneten Systeme erwiesen. So muss der Betreiber zum Beispiel den Ladezustand des Systems sehr genau verfolgen können, damit die automatische Regelung die Befehle zum Laden und Entladen des Speichers im richtigen Moment absetzen kann. Zudem ist es für den Betreiber eines Speichers wichtig, dass er eine möglichst grosse Flexibilität für die detaillierte Programmierung und Einstellung der Steuerung in den verschiedenen Anwendungen hat. Nur so kann er seine Erfahrungen aus dem laufenden Betrieb kontinuierlich einfliessen lassen. Diesen Aspekten muss beim Design von zukünftigen Speichersystemen besonders Rechnung getragen werden.

Die EKZ haben die Anlage zusammen mit ABB realisiert. Sie wurde am 21. März 2012 in Betrieb genommen.

Text: Elektrizitätswerken des Kantons Zürich (EKZ)